姿态测量技术是使用一个或多个传感器得到目标物姿态信息的技术。快速准确测量运动目标的姿态,在航天航空、机器人、装配制造等领域应用广泛,价值显著。惯性姿态测量具有速度快但精度不足的特点,而视觉姿态测量具有精度高但速度慢的特点。通过将多种测量方式进行组合,来弥补单一传感器姿态测量的不足,本课题研究了惯性和视觉融合的姿态测量技术,能够快速地测量被测目标的姿态,测量精度较高,可应用于长时间姿态跟踪。论文研究的主要内容和关键技术有:1.研究了惯性姿态测量中的关键技术。提出了一种双矢量正交化标定方法,用于标定惯性测量系统中坐标系间的初始关系。实现了惯性姿态测量的迭代求解,并提出了一种IMU(惯性测量单元)角速度漂移的补偿方法,可抑制因IMU内置陀螺仪漂移引起的姿态测量误差的快速发散。2.研究了一种基于鲁棒滤波的IMU与单目视觉融合姿态解算算法。根据欧拉角迭代公式、POSIT算法和改进的次优H∞滤波方程,提出了IMU与视觉融合姿态求解算法,再通过修正和更新欧拉角漂移误差曲线的方式,自适应补偿IMU角速度的漂移。实验结果表明该融合测量方法能实现长时间快速姿态测量,精度较高。3.研究了一种基于单目视觉约束校准的惯性姿态解算算法。分析了单目视觉角度约束姿态测量的精度提升机理。并根据其姿态测量精度高的优点,提出了在校准区间内由角度约束视觉测量结果校准惯性测量结果的姿态解算算法。实验结果表明该融合测量方法充分结合了视觉和惯性测量各自优点,具有较高的测量精度特性。